專利名稱：一種面向web集群的低能耗調度系統和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機集群系統中資源的調度技術，特別涉及一種面向web集群的低能耗調度系統和方法。
背景技術：
研究發(fā)現，計算機數據中心的主要開銷是機器供電和制冷系統，由于對資源的訪問存在地區(qū)不均衡、時間不均衡等突發(fā)性負載的影響，導致整個數據中心資源利用率低下，由于其不能根據負載的實際變化來提供最合理的服務，造成資源的浪費，增加不必要的經濟開銷。在數據中心的表現則是徒耗不必要的電能，增加了制冷設備的負擔。數據顯示 2003年，美國某一數據中心要使用22TWh電量用于供能、網絡交換設備、制冷等，而當時電價是每兆瓦100美元，在用電高峰期電價則更高，同時消耗I兆瓦電就會產生12M噸的二氧化碳，加重了地球的溫室效應，且數據中心高昂的開銷主要是用于機器供電和冷卻系統。互聯網數據中心的WEB負載通常具有動態(tài)變化、易產生短暫峰值等現象。負載的突發(fā)性變化分為細粒度突發(fā)性變化和粗粒度突發(fā)性變化。前者在較短時間內負載產生突變。后者則在間隔較長的時間內，負載產生了較明顯的變化。這種變化導致了負載的高峰期和低谷期，并呈現出一定的規(guī)律。例如，對于在線游戲來說，傍晚的負載大于白天，白天的負載大于深夜，周末和節(jié)假日的負載又大于工作日。突發(fā)性負載在實際應用中屢見不鮮。來自IBM官方網站的數據顯示，在2001年2月僅5天時間有大量的訪問，隨后幾天訪問量急劇下降。1998年6月世界杯舉行期間的世界杯網站在比賽直播期間，訪問量達到高峰值，而在非比賽直播時間段，訪問量突降。傳統的計算機系統(如集群、數據中心)往往是基于預期的峰值負載來對資源進行靜態(tài)的配置。但是，當系統的負載驟降或者從波峰轉向波谷時，這種靜態(tài)的資源分配方式導致極低的資源利用率。許多大型企業(yè)的IT基礎設施的利用率大約只有35%,在某些企業(yè)中可能會低至15%。Google也報告稱其服務器的利用率往往在10%到15%之間。如果從能耗的角度考慮，就會發(fā)現系統中大量的閑置資源在沒有對外提供服務的情況下也消耗了大量的能量。因此由于數據訪問的突發(fā)性行為，使得整個數據中心資源利用率非常的低，加大了使用成本?，F有技術主要通過靜態(tài)資源分配與動態(tài)資源分配的方式實現計算機集群系統中的資源分配，但是靜態(tài)資源分配方式沒有考慮集群系統的能耗問題，因此無法做到系統的能耗自適應匹配系統的負載；而動態(tài)資源分配所使用的傳統資源監(jiān)測方式主要是監(jiān)測CPU、內存、網絡等物理資源的利用率，這導致檢測系統非常復雜。周文煜等人在期刊《華中科技大學學報》2011年12期中發(fā)表了基于虛擬機遷移的虛擬機集群資源調度，是通過對CPU、內存和網絡三種計算機物理資源的使用情況進行監(jiān)測而實現虛擬機集群資源調度的，該虛擬機集群資源調度方法使用3維向量對資源進行評估，根據集群本身性能設定合適閾值。但是，對物理源進行監(jiān)控存在一定的問題，例如，當CPU利用率在一定時刻內變化較弱，則具有較差的自回歸性及無周期性，在這種情況下，自動遷移策略不能帶來好的效果；另外，CPU只是三種主要計算機物理資源中的一種，要將三種資源完全考慮到，相當困難而且準確度也不高；再者，他們也沒有考慮虛擬集群系統的能耗問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種低能耗的面向web集群的調度系統，該調度系統使得web集群系統中的資源利用率有了較為明顯的提高。本發(fā)明的另一個目的在于利用上述系統實現一種面向web集群的低能耗調度方法。為了達到上述第一個目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種面向web集群的低能耗調度系統，包括可能量感知調度模塊以負載連接數作為敏感因子，根據敏感因子的動態(tài)變化對集群中的資源進行定制分配；滯回控制器用于控制web集群系統中集群節(jié)點的調度周期；管理器根據可能量感知調度模塊發(fā)送出來的命令，對web集群系統中的集群節(jié)點做出調度；可能量感知調度模塊、滯回控制器和管理器連接依次連接。為了達到上述第二個目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種面向web集群的低能耗調度方法，包括以下步驟(I)在web集群系統選中一個集群節(jié)點作為輔控節(jié)點PM1，控制該輔控節(jié)點PMl中的m個虛擬機始終處于工作狀態(tài)，在負載連接數達到輔控節(jié)點PMl的負載連接數最大閾值之前，僅由輔控節(jié)點PMl處于工作狀態(tài)；(2)web集群系統中可能量感知調度模塊對web集群系統的負載連接數進行監(jiān)控，收集處于工作狀態(tài)下的虛擬機中的負載連接數；滯回控制器控制web集群系統中集群節(jié)點的調度周期t ；(3)若可能量感知調度模塊在一個調度周期t后檢測到web集群系統中的負載連接數上升，則執(zhí)行步驟(4);若可能量感知調度模塊在一個調度周期t后檢測到web集群系統中的負載連接數下降，則執(zhí)行步驟(5);其中負載連接數在上升或下降前個數SC為
權利要求
1.一種面向web集群的低能耗調度系統，其特征在于，包括可能量感知調度模塊以負載連接數作為敏感因子，根據敏感因子的動態(tài)變化對集群中的資源進行定制分配；滯回控制器用于控制web集群系統中集群節(jié)點的調度周期；管理器根據可能量感知調度模塊發(fā)送出來的命令，對web集群系統中的集群節(jié)點做出調度；可能量感知調度模塊、滯回控制器和管理器連接依次連接。
2.一種基于權利要求1的面向web集群的低能耗調度方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在web集群系統選中一個集群節(jié)點作為輔控節(jié)點PM1，控制該輔控節(jié)點PMl中的m個虛擬機始終處于工作狀態(tài)，在負載連接數達到輔控節(jié)點PMl的負載連接數最大閾值之前，僅由輔控節(jié)點PMl處于工作狀態(tài)；(2)web集群系統中可能量感知調度模塊對web集群系統的負載連接數進行監(jiān)控，收集處于工作狀態(tài)下的虛擬機中的負載連接數；滯回控制器控制web集群系統中集群節(jié)點的調度周期為t ；(3)若可能量感知調度模塊在一個調度周期t后檢測到web集群系統中的負載連接數上升，則執(zhí)行步驟(4);若可能量感知調度模塊在一個調度周期t后檢測到web集群系統中的負載連接數下降，則執(zhí)行步驟(5);其中負載連接數在上升或下降前個數SC為
3.根據權利要求2所述的面向web集群的低能耗調度方法，其特征在于，所述web集群系統在初始狀態(tài)時，僅有輔控節(jié)點PMl處于工作狀態(tài)。
4.根據權利要求2所述的面向web集群的低能耗調度方法，其特征在于，所述web集群系統中每個集群節(jié)點的負載連接數最大閾值是相同的。
5.根據權利要求2所述的面向web集群的低能耗調度方法，其特征在于，所述步驟(6)中，從輔控節(jié)點PMl遷移至其他集群節(jié)點的虛擬機數量均為2。
6.根據權利要求2所述的面向web集群的低能耗調度方法，其特征在于，所述步驟(7)負載連接數減少時，管理器對web集群系統中離散分布的負載進行聚合時，當負載連接數少于單個集群節(jié)點的負載連接數最大閾值時，所有負載均連接至輔控節(jié)點PMl上。
7.根據權利要求2所述的面向web集群的低能耗調度方法，其特征在于，所述集群節(jié)點中的虛擬機在工作狀態(tài)時權值為I，在非工作狀態(tài)時權值為O。
8.根據權利要求7所述的面向web集群的低能耗調度方法，其特征在于，所述步驟(6)中由web集群系統內核選擇j-k個處于休眠狀態(tài)的集群節(jié)點，并將其喚醒，然后將可能量感知調度模塊在輔控節(jié)點PMl中選定的處于休眠狀態(tài)下的虛擬機的IP信息發(fā)送至管理器，管理器將這些被選定IP的虛擬機遷移到被喚醒的j-k個集群節(jié)點中；可能量感知調度模塊將被遷移的虛擬機的權值由O修改為I，權值被修改的虛擬機進入到web集群系統的工作隊列中。
9.根據權利要求7所述的面向web集群的低能耗調度方法，其特征在于，由web集群系統內核將所述步驟(7)中負載被聚合到其他集群節(jié)點的k-j個集群節(jié)點中的虛擬機的IP命令信息發(fā)送給管理器，管理器收到內核發(fā)送的包含有IP的命令信息后，將命令信息發(fā)送給包含有該IP的虛擬機的集群節(jié)點，然后將收到命令信息的集群節(jié)點中相應IP的虛擬機遷回到輔控節(jié)點PMl中，可能量感知調度模塊將被遷回的虛擬機的權值從I修改為0，遷回后的虛擬機退出web集群系統的工作隊列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向web集群的低能耗調度系統和方法，該調度系統包括可能量感知調度模塊、滯回控制器和管理器，其中可能量感知調度模塊、滯回控制器和管理器連接依次連接，該調度系統使得web集群系統中的資源利用率有了較為明顯的提高，降低了系統的能耗。本發(fā)明的方法僅以web集群系統中負載連接數作為敏感因子，系統僅通過對負載連接數的監(jiān)控即可實現集群節(jié)點和虛擬機資源的調度，具有操作簡單、容易實現以及調度實時等優(yōu)點，并且本發(fā)明的調度方法也提高了系統資源調度的靈敏度。
文檔編號H04L29/08GK103023802SQ20121051763
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權日2012年12月5日
發(fā)明者鄧玉輝, 方名, 孟小華, 周繼鵬 申請人:暨南大學